姚圣俞，張 林

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

0 引 言

番茄作為一種常見的溫室經(jīng)濟(jì)作物，在溫室中的種植面積約占全國(guó)溫室蔬菜總種植面積的三分之一[1]，占設(shè)施蔬菜栽培面積的首位[2]，對(duì)農(nóng)民脫貧致富發(fā)揮了重要的作用[3,4]。由于溫室棚膜在減少棚內(nèi)與外界空氣交換和起到保溫的作用的同時(shí)會(huì)將降水阻隔在外[5]，番茄的生長(zhǎng)需水只能通過灌溉進(jìn)行補(bǔ)給，而作物耗水量作為制定灌溉制度的關(guān)鍵指標(biāo)，在不同的灌溉方式下會(huì)有較大的差別，胡蘭等[6]研究表明在相同的灌水上下限情況下，地下滴灌相較于地表滴灌能夠減少溫室番茄耗水，因此適宜的灌溉技術(shù)和科學(xué)的灌溉制度對(duì)溫室番茄的生產(chǎn)非常重要。溫室番茄通常采用滴灌灌溉，較傳統(tǒng)地面溝灌、畦灌等灌溉方式能降低灌溉用水，有效提高水分利用效率[7,8]。研究表明，在滴灌條件下，適當(dāng)提高灌溉頻率能夠有效的促進(jìn)番茄植株光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量和水分利用效率[9,10]，同時(shí)還能保證土壤水分和養(yǎng)分維持在番茄根區(qū)土層，減少深層滲漏和養(yǎng)分流失[11]，而提高滴灌的灌水頻率可能會(huì)產(chǎn)生更多的能耗，從而增加種植成本，因此研究低壓持續(xù)灌水技術(shù)緩解耗能問題是非常有必要的。

微孔陶瓷根灌是一種將陶瓷灌水器埋于番茄根系附近土壤中，直接向作物根系持續(xù)供水的灌溉方式，通過灌水器內(nèi)外水勢(shì)差作為灌水驅(qū)動(dòng)力，有效降低了系統(tǒng)對(duì)首部工作壓力的需求（可在＜0.5 m 條件下正常運(yùn)行），能夠減小系統(tǒng)耗能[12]。目前，微孔陶瓷根灌在其制備工藝[13-15]和土壤水分入滲特性[16-19]方面進(jìn)行了一定的研究，試驗(yàn)結(jié)果表明微孔陶瓷根灌能夠根據(jù)灌水器外部土壤水分環(huán)境的變化調(diào)節(jié)出流，及時(shí)補(bǔ)充土壤水分，達(dá)到自適應(yīng)灌溉的效果[12]，為作物提供一個(gè)穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境[20,21]，并在青海枸杞[21]和陜北蘋果[23]的試驗(yàn)研究中表現(xiàn)出較好的節(jié)水增產(chǎn)效果。綜上所述，微孔陶瓷根灌出流機(jī)理和實(shí)際應(yīng)用已有一定的研究進(jìn)展，但微孔陶瓷根灌對(duì)作物耗水特性的影響尚缺乏具體的分析研究，耗水特性對(duì)確定適宜的灌溉技術(shù)參數(shù)和制定科學(xué)的灌水制度有著重要的作用[24]。

為此，本文以溫室番茄為研究對(duì)象，設(shè)置地下滴灌為對(duì)照處理，通過設(shè)置不同設(shè)計(jì)流量的微孔陶瓷灌水器，研究其對(duì)番茄根區(qū)土壤含水率、耗水特性、光合特性、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，以期確定適合番茄生長(zhǎng)的微孔陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量，為微孔陶瓷根灌技術(shù)在溫室番茄的應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在陜西省楊凌區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)創(chuàng)新園溫室中進(jìn)行，試驗(yàn)地氣候?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，試驗(yàn)當(dāng)?shù)氐哪昶骄髿鉁囟葹?2.5 ℃，平均蒸發(fā)量超過1 500 mm，全年無霜期212 d。試驗(yàn)溫室（長(zhǎng)80 m×寬10 m×高10 m），東西走向，坐南朝北，覆蓋0.2 mm 厚的聚乙烯薄膜，在塑料薄膜上鋪設(shè)有保溫棉被，側(cè)墻和后墻的墻體內(nèi)有塑料保溫材料。試驗(yàn)地0～20 cm土層的容重和田間持水量分別為1.36 g/cm3和24.0%；20～100 cm 土層的土壤容重依次為1.55、1.45、1.42 和1.42 g/cm3（每20 cm 為1 層），田間持水量依次為22.7%、22.2%、24.8%和24.5%（同上）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2020年9月-2021年8月開展為期兩季的溫室試驗(yàn)，番茄供試品種為“金鵬A18”，番茄的生育階段劃分如表1所示。試驗(yàn)為采用寬窄行種植模式，寬行110 cm，窄行50 cm，所有處理株距和行距一致，分別為35 cm 和50 cm。由于微孔陶瓷根灌持續(xù)灌水的特性，不同設(shè)計(jì)流量的陶瓷灌水器在單位時(shí)間內(nèi)出流量差異不明顯，但在實(shí)際應(yīng)用中作物生育期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，隨著作物耗水導(dǎo)致土壤吸力的變化，不同設(shè)計(jì)流量處理的累計(jì)灌水量差異隨著時(shí)間推進(jìn)而不斷增大，對(duì)作物整個(gè)生育期耗水產(chǎn)生影響，因此本次試驗(yàn)選取5個(gè)設(shè)計(jì)流量的微孔陶瓷根灌處理分別0.15（S1）、0.19（S2）、0.23（S3）、0.26（S4）和0.30（S5）L/h，灌水器間距為35 cm，埋深15 cm，通過體積為160 L 的水箱進(jìn)行供水。對(duì)照CK 處理為地下滴灌，選用耐特菲姆貼片式滴灌帶，滴頭間距為35 cm，埋深15 cm，灌水間隔為10 d，考慮溫室番茄四個(gè)生育期計(jì)劃濕潤(rùn)層深度分別為20、40、60 和60 cm，灌水上限為100%田間持水量。微孔陶瓷根灌和地下滴灌均采用1 管2 行的布置方式。定植后，在西紅柿種植地表鋪設(shè)寬1.5 m 的黑色地膜，以增加土溫，減少土壤蒸發(fā)。

表1 溫室番茄生育期劃分Tab.1 Stages of the greenhouse tomato growing season

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及其方法

（1）氣象數(shù)據(jù)。試驗(yàn)區(qū)所有氣象數(shù)據(jù)從溫室中設(shè)置的氣象站獲得，記錄番茄整個(gè)生育期氣象數(shù)據(jù)的日變化情況，包括太陽輻射、溫度和相對(duì)濕度等，數(shù)據(jù)每10 min 記錄一次，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)采集器中。

（2）土壤含水量。使用土壤烘干法每隔10 d 一測(cè)土壤含水率，使用土鉆每20 cm 一層，鉆取0～60 cm 土層的土壤，將土鉆取出的土搗碎混勻后迅速裝入鋁盒防止土壤水分蒸發(fā)，稱取鮮土重后，將其放入105 ℃烘箱中烘干后稱取干土重，計(jì)算土壤含水率（SWC）；應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中變異系數(shù)（cv）來表示番茄全生育期內(nèi)不同處理土壤含水率的變異程度，其計(jì)算公式為：

式中：σSWC為SWC的標(biāo)準(zhǔn)差；μSWC為溫室番茄全生育期根區(qū)SWC的平均值。

（3）番茄耗水特性。番茄耗水量采用水量平衡法公式估算：

式中：ET為番茄耗水量，mm；I為灌水量，mm；U為地下水補(bǔ)給量，mm；D為深層滲漏量，mm；ΔW為兩次土鉆取土期間土壤含水量變化量，mm；由于地下水埋深超過10 m，作物無法吸收，U可以計(jì)為0；根據(jù)土壤水分觀測(cè)結(jié)果，灌水前后90～100 cm處土壤含水量無明顯變化，故D也可以忽略不計(jì)。

溫室番茄生育期耗水強(qiáng)度為各個(gè)生育期耗水量與生育期持續(xù)天數(shù)的比值；生育期耗水模數(shù)為生育期內(nèi)耗水量在生長(zhǎng)季內(nèi)總耗水量?jī)?nèi)的占比。

（4）光合特性。在番茄各個(gè)生育期，采用便攜式光合儀LI-6800測(cè)定番茄葉片蒸騰速率（Tr）和凈光合速率（Pn），選擇在晴朗無云的天氣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間控制在10∶00-12∶00之間。

（5）產(chǎn)量。番茄進(jìn)入收獲期后，在每個(gè)小區(qū)中間標(biāo)記6株長(zhǎng)勢(shì)相似且無病害的植株進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，每隔4～5 d 測(cè)定一次，采用精度為0.1 g 的電子秤進(jìn)行稱量，計(jì)算平均值作為該處理的平均產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019對(duì)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)計(jì)算，采用Origin 9.1 進(jìn)行相應(yīng)的繪圖，利用SPSS 19.0 軟件對(duì)各處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室內(nèi)氣象因子變化規(guī)律

2020-2021年溫室番茄全生育期氣象因子如圖1所示。春夏茬番茄生育期間，太陽輻射（Rs）呈先增大后減小的拋物線型變化規(guī)律，并在果實(shí)膨大期期間（6-7月）達(dá)到最大，平均氣溫（Ta）呈持續(xù)上升的趨勢(shì)，在7-8月達(dá)到最大，全生育期Ta在13.0～34.4 ℃之間；而Rs和Ta在秋冬茬番茄生育期間呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢(shì)，并在番茄果實(shí)膨大期前期（11月中旬至12月中旬）達(dá)到全生育期最低水平，在此期間，由于遭遇寒潮天氣，導(dǎo)致溫室內(nèi)連續(xù)多日Ta在5～10 ℃之間（圖1所示），研究表明番茄是一種對(duì)溫度較為敏感的喜溫作物，當(dāng)溫度低于10 ℃時(shí)，番茄生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到抑制，低于5 ℃番茄甚至?xí)Ｖ股L(zhǎng)[25]。溫室內(nèi)平均相對(duì)濕度（RH）則呈現(xiàn)與Ta相反的規(guī)律，當(dāng)Ta處在較高值時(shí)，RH相對(duì)較低，這是由于溫室內(nèi)Ta過高會(huì)造成高溫?zé)岷Γ枰蜷_通風(fēng)口來控制溫室內(nèi)Ta，溫室內(nèi)空氣與外界流通，溫室內(nèi)水汽排出導(dǎo)致RH較低，兩季番茄全生育期RH變化分別為56.6%～99.4% （春夏茬）和62.7%～99.8%（秋冬茬）。此外，還可以看出，春夏季溫室內(nèi)Ta明顯高于秋冬季，而春夏季溫室內(nèi)RH低于秋冬季，這是因?yàn)榍锒绶焉陂g，為保證溫室夜間Ta，需要關(guān)閉通風(fēng)口，導(dǎo)致RH處在較高的狀態(tài)。

圖1 2020-2021年溫室番茄生育期內(nèi)氣象因子日變化Fig.1 Seasonal variations of meteorological variables during greenhouse tomato growing seasons in 2020-2021

2.2 溫室番茄生育期內(nèi)根區(qū)土壤含水率變化

圖2展示了兩季溫室番茄根區(qū)土壤含水率（SWC）隨生育期的動(dòng)態(tài)變化。可以看出，微孔陶瓷根灌條件下溫室番茄苗期SWC不同處理間差異較??；在進(jìn)入開花坐果期后不同處理間SWC均呈下降趨勢(shì)，且差異隨著生育期的推進(jìn)差異逐漸增大，這是由于隨著番茄的生長(zhǎng)，番茄耗水能力不斷增強(qiáng)，因陶瓷灌水器出流能力存在限制，當(dāng)番茄根系吸水速率隨番茄生長(zhǎng)逐漸增長(zhǎng)超過陶瓷灌水器的灌水速率，SWC難以保持穩(wěn)定，因此呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，同時(shí)大流量灌水器灌水速率大于小流量灌水器，導(dǎo)致SWC差異變大；到了果實(shí)膨大期SWC差異達(dá)到最大，春夏茬小流量處理SWC仍然呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，大流量處理SWC變化較為穩(wěn)定，但秋冬茬SWC在果實(shí)膨大期前期呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律，這可能是因?yàn)楣麑?shí)膨大期前期溫室內(nèi)連續(xù)的低溫環(huán)境，使番茄的耗水和生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，盡管番茄根系吸水受到抑制，但陶瓷灌水器仍持續(xù)工作，導(dǎo)致SWC出現(xiàn)上升趨勢(shì)，后隨著溫室光溫條件的回升，番茄耗水能力增強(qiáng)，SWC又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；在進(jìn)入收獲期后，隨番茄葉片開始衰老和果實(shí)的采摘，番茄需水要求下降，在陶瓷灌水器的持續(xù)灌溉下，因此土壤含水率出現(xiàn)了小幅的上升。對(duì)于微孔陶瓷根灌處理，番茄根區(qū)SWC隨著陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大，當(dāng)陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量從0.15 L/h（S1）增加至0.30 L/h（S5）時(shí)，兩季番茄全生育期平均SWC分別上升了24.9%（春夏茬）和15.2%（秋冬茬），春夏茬番茄生育期間，微孔陶瓷根灌各處理全生育期SWC能夠維持在田間持水率（θfc）的57.0%～88.1%，各處理平均土壤含水率水分變異系數(shù)（cv）在4.3%～12.9%之間；秋冬茬SWC各處理全生育期SWC能夠維持在θfc的68.5%～89.4%，cv在2.3%～4.6%之間。而地下滴灌（CK）處理番茄全生育期的SWC明顯呈現(xiàn)干濕交替的狀態(tài)，這是由于滴灌的周期性灌溉造成的，在每次灌溉時(shí)，大量的灌溉水進(jìn)入土壤，導(dǎo)致SWC急劇上升，灌溉后隨著番茄根系吸水和土壤水分再分布，土壤含水率迅速下降，SWC在整個(gè)生育期內(nèi)周期性波動(dòng)，春夏茬番茄全生育期的SWC在θfc的50.7%～100.0%之間波動(dòng)，cv為23.4%；秋冬茬SWC在θfc的67.6%～100.0%之間波動(dòng)，cv為11.9%。春夏茬CK 處理的cv值為微孔陶瓷根灌處理的1.80～5.85 倍，秋冬茬為微孔陶瓷根灌處理的2.59～5.95 倍，表明了微孔陶瓷根灌下SWC較地下滴灌更加穩(wěn)定。同時(shí)，受不同季節(jié)的氣象條件影響，春夏茬番茄根區(qū)的SWC明顯低于秋冬茬，春夏茬期間，溫室內(nèi)氣溫和太陽輻射隨著番茄生育期的推進(jìn)而增加，并在果實(shí)膨大期后期和收獲期達(dá)到全年最大，番茄較高的耗水導(dǎo)致SWC不能夠維持在較高的狀態(tài)；而秋冬茬期間，尤其是果實(shí)膨大期，氣溫和太陽輻射為達(dá)到了全年最低值，番茄對(duì)土壤水分的消耗能力弱，因此秋冬茬SWC要高于春夏茬。

圖2 2020-2021年溫室番茄根系層土壤含水率變化圖Fig.2 Variation of soil water content in root layer of greenhouse tomato in 2020-2021

2.3 溫室番茄生育期內(nèi)耗水特性變化

表2展示了兩季番茄試驗(yàn)各處理溫室番茄不同生育期耗水特性（耗水量、耗水強(qiáng)度和耗水模數(shù)）的變化規(guī)律。對(duì)于微孔陶瓷根灌處理，陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量對(duì)溫室番茄耗水特性影響顯著，具體表現(xiàn)為溫室番茄的耗水量和耗水強(qiáng)度均隨灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大，當(dāng)灌水器設(shè)計(jì)流量從0.15 L/h 上升至0.30 L/h 時(shí)，兩季番茄全生育期耗水量分別增加49.4%（春夏茬）和34.5%（秋冬茬）；而不同陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量處理下番茄各個(gè)生育階段的耗水模數(shù)則展現(xiàn)出與耗水量和耗水強(qiáng)度不一樣的規(guī)律，在苗期和開花坐果期階段，耗水模數(shù)隨陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而減?。欢诠麑?shí)膨大期和收獲期階段，耗水模數(shù)則隨陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大。番茄果實(shí)膨大期耗水模數(shù)降低說明選用小流量的陶瓷灌水器可能無法滿足番茄果實(shí)膨大期的需水要求，使番茄耗水受到抑制，會(huì)導(dǎo)致番茄產(chǎn)量下降。對(duì)于CK 處理，兩季番茄的耗水量和耗水強(qiáng)度與S4 處理接近，小于S5 處理，各生育期耗水模數(shù)與S4 和S5 處理相似，說明陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量過大會(huì)導(dǎo)致番茄整個(gè)生育期均處在充分耗水的狀態(tài)，反而會(huì)造成灌溉水的浪費(fèi)，無法達(dá)到節(jié)水的目的。同時(shí)，不同季節(jié)溫室番茄的耗水特性變化規(guī)律也有所不同，春夏茬番茄耗水量和耗水強(qiáng)度要顯著高于秋冬茬番茄，微孔陶瓷根灌處理秋冬茬番茄全生育期耗水量和耗水強(qiáng)度分別降低了20.7%～29.3%和40.2%～46.7%，CK 處理分別降低了29.1%和46.5%，說明不同的氣象條件對(duì)番茄的耗水特性影響顯著。

表2 溫室番茄各生育期耗水Tab.2 Water consumption amount of greenhouse tomato at different stages

圖3展示了CK、S1 和S4 處理耗水量的日變化，可以看出，春夏茬番茄的日耗水量呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)；而秋冬茬番茄因果實(shí)膨大期前期低溫高濕環(huán)境和較低的太陽輻射的溫室氣象條件抑制了耗水，日耗水量變化呈現(xiàn)為“雙峰”曲線變化規(guī)律。CK、S1和S4春夏茬全生育期日耗水量分別在0.36～5.78、0.45～4.42 和0.27～5.48 mm/d 之間變化；秋冬茬分別在0.53～3.71、0.25～2.76 和0.57～2.34 mm/d 之間變化。微孔陶瓷根灌下溫室番茄的耗水量在果實(shí)膨大期開始出現(xiàn)明顯差異，且在果實(shí)膨大期中后期到收獲期前期差異達(dá)到最大，最大差值可達(dá)2.95 mm/d（春夏茬）和1.24 mm/d（秋冬茬），這與SWC的變化規(guī)律類似。而CK 處理日耗水量變化規(guī)律與耗水量相近的S4 相比，CK 處理在灌水后耗水量大于S4處理，隨著時(shí)間的推移逐漸降低至較低的水平。這是由于CK 處理在每次灌溉后，土壤水分充足，番茄耗水量迅速增大，隨著土壤水分的消耗，番茄蒸騰開始受到抑制，耗水量隨之減小。可見，SWC是影響番茄耗水的重要因素，在耗水量相同的情況下，微孔陶瓷根灌下穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境相較于地下滴灌干濕交替的土壤水分環(huán)境，能夠使番茄避免灌水后的充分耗水以及耗水過程因SWC降低而受到抑制。

圖3 2020-2021年不同處理溫室番茄蒸散量的生育期動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamics of greenhouse tomato evapotranspiration during growing stage for different treatments in 2020-2021

2.4 溫室番茄生育期內(nèi)光合特性的變化

圖4展示了兩季溫室番茄試驗(yàn)各處理葉片蒸騰速率（Tr）和凈光合速率（Pn）各個(gè)生育期的變化情況。由圖4可知，各微孔陶瓷根灌處理苗期番茄的Tr和Pn差異不顯著（P＞0.05），進(jìn)入開花坐果期后Tr和Pn整體表現(xiàn)為隨著陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加先增大后減小，兩季番茄試驗(yàn)S4 處理的Tr較其他處理分別高1.0%～48.3%（春夏茬）和0.2%～29.0%（秋冬茬），S4 處理的Pn較其他處理分別高1.3%～37.8%（春夏茬）和0.5%～25.2%（秋冬茬）。可見陶瓷灌水器選擇適宜的設(shè)計(jì)流量能夠提高番茄葉片的光合作用，設(shè)計(jì)流量過小，會(huì)使得SWC較低，進(jìn)而抑制番茄葉片的光合作用；而陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量過大則雖然能維持較高的SWC，但土壤空隙中的空氣占比減少，抑制了番茄根系呼吸，也會(huì)使得Tr和Pn降低，不利于番茄的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成。將CK處理與S4處理進(jìn)行對(duì)比，在耗水量相同的情況下，S4 番茄的Tr較CK 處理分別高2.5%～6.8%（春夏茬）和0.6%～9.5%（秋冬茬），Pn較CK 處理分別高1.1%～8.6%（春夏茬）和2.3%～8.4%（秋冬茬），說明微孔陶瓷根灌提供的穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境能夠使番茄葉片的生理活動(dòng)更加活躍，有利于番茄的生長(zhǎng)發(fā)育。綜上可以看出，設(shè)計(jì)流量為0.26 L/h 的陶瓷灌水器進(jìn)行灌溉，能夠提供適合的水分條件，有利于提高葉片光合能力，促進(jìn)光合產(chǎn)物的合成與分配，這也可能是S4處理番茄產(chǎn)量較高的原因。

圖4 2020-2021年溫室番茄不同處理葉片蒸騰速率和凈光合速率生育期變化Fig.4 Variation of leaf transpiration rate and photosynthetic rate of greenhouse tomato for different treatments in 2020-2021

2.5 微孔陶瓷根灌對(duì)溫室番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

兩季溫室番茄產(chǎn)量和水分利用效率如表3所示?？梢钥闯?，春夏茬S3 和S4 處理較CK 處理分別增產(chǎn)1.0%和8.1%，S1、S2 和S5 處理分別較CK 處理減產(chǎn)14.9%、5.4%和1.2%；秋冬茬S3 和S4 處理較CK 處理分別增產(chǎn)2.1%和9.4%，S1、S2和S5 處理分別較CK 處理減產(chǎn)14.5%、7.5%和0.6%。對(duì)于溫室番茄水分利用效率，春夏茬番茄S1處理水分利用效率最高，與S2處理無顯著差異，S3和S4處理次之，顯著高于CK 處理，S5處理最小；秋冬茬S4處理水分利用效率最高，與S3處理無顯著差異，S1 和S2 處理次之，顯著高于CK 處理，S5 處理最小。

表3 溫室番茄產(chǎn)量和水分利用效率Tab.3 Grain yield and water use efficiency of greenhouse tomato

選擇合理的微孔陶瓷根灌技術(shù)參數(shù)需要充分了解番茄產(chǎn)量與耗水之間的關(guān)系[26,27]，但不同季節(jié)溫室番茄的耗水量差異明顯，而微孔陶瓷灌水器能夠根據(jù)土壤含水率變化自動(dòng)調(diào)節(jié)出流量來保證不同季節(jié)和生育期番茄的耗水，試驗(yàn)結(jié)果也表明灌水器設(shè)計(jì)流量與不同季節(jié)番茄耗水均呈正相關(guān)關(guān)系，因此考慮將番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量建立關(guān)系式，兩季微孔陶瓷根灌溫室番茄產(chǎn)量與灌水器設(shè)計(jì)流量的擬合曲線如圖5所示。

圖5 溫室番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量關(guān)系Fig.5 Relationship between yield of greenhouse tomato and design flow rate of ceramic emitter

春夏茬溫室番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的關(guān)系表示為：

秋冬茬溫室番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的關(guān)系表示為：

通過公式（3）和（4）可以得出，兩季番茄最大產(chǎn)量所對(duì)應(yīng)的灌水器設(shè)計(jì)流量均為0.26 L/h，當(dāng)設(shè)計(jì)流量小于此值時(shí)，番茄產(chǎn)量隨著設(shè)計(jì)流量的降低而下降；當(dāng)設(shè)計(jì)流量大于此值時(shí)，番茄產(chǎn)量隨著設(shè)計(jì)流量的增加而下降，灌水器設(shè)計(jì)流量過小或過大都不利于番茄產(chǎn)量的形成。還可以看出，春夏茬番茄產(chǎn)量顯著高于秋冬茬（P＜0.01），這是由于不同的栽培季節(jié)溫室內(nèi)的光溫環(huán)境差異較大，尤其是在番茄果實(shí)膨大期的光溫環(huán)境差別達(dá)到最大，秋冬茬番茄果實(shí)膨大期期間太陽輻射和氣溫處在全年最低，這會(huì)對(duì)番茄的生長(zhǎng)和光合活性造成抑制，不利于番茄產(chǎn)量的形成。因此，選擇設(shè)計(jì)流量為0.26 L/h 的陶瓷灌水器進(jìn)行灌溉能夠獲得最大產(chǎn)量和較高的水分利用效率，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的統(tǒng)一。

3 討 論

本研究中春夏茬微孔陶瓷根灌番茄根區(qū)土壤含水率能夠維持在田間持水率（θfc）的57.0%～88.1%之間，土壤水分變異系數(shù)在4.3%～12.9%之間，秋冬茬土壤含水率維持在θfc的68.5%～89.4%，土壤水分變異系數(shù)2.3%～4.6%；而春夏茬地下滴灌處理番茄全生育期土壤含水率在θfc的50.7%～100.0%之間波動(dòng)，土壤水分變異系數(shù)為23.4%，秋冬茬土壤含水率在θfc的67.6%～100.0%之間波動(dòng)，土壤水分變異系數(shù)為9.9%?？梢钥闯觯⒖滋沾筛嗵幚硗寥浪肿儺愊禂?shù)均低于地下滴灌處理，說明微孔陶瓷根灌下土壤水分變化更加穩(wěn)定。本次試驗(yàn)中，土壤含水率隨著灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大，可能是因?yàn)橥ㄟ^改變?cè)牧吓浔饶軌蛘{(diào)節(jié)陶瓷灌水器的開口孔隙率，進(jìn)而達(dá)到控制陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的目的[28]，增大陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量，其單位時(shí)間對(duì)土壤水分消耗量補(bǔ)充更為迅速，從而能夠保證更高的穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境[21]。還可以看出，春夏茬番茄根區(qū)土壤含水率低于秋冬茬，且土壤水分變異系數(shù)高于秋冬茬，李銀坤等[29]的研究中春夏季節(jié)番茄土壤貯水量變動(dòng)幅度要大于秋冬季，這是由氣象因素造成的，春夏茬番茄生育期間溫室內(nèi)溫度和太陽輻射高于秋冬茬，導(dǎo)致春夏茬番茄耗水能力更強(qiáng)，而且陶瓷灌水器受到出流能力的限制，導(dǎo)致春夏茬番茄根區(qū)土壤含水率低于秋冬茬，且變化幅度更大。

本次試驗(yàn)中，番茄耗水量在果實(shí)膨大期最大，苗期最小，這是因?yàn)榉言诿缙谥仓旰腿~面積較小，番茄的耗水能力弱；隨著番茄植株的持續(xù)生長(zhǎng)，番茄對(duì)水分的需求也在不斷增大，到了果實(shí)膨大期，此時(shí)番茄葉面積達(dá)到峰值，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，耗水量達(dá)到全生育期最大，進(jìn)入收獲期后，因?yàn)椴烧压麑?shí)和葉片衰老，番茄耗水量減少[30]。溫室番茄各生育階段內(nèi)的耗水量和耗水強(qiáng)度均隨灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大，這是因?yàn)榉押乃芰κ艿酵寥浪值挠绊?，其根區(qū)土壤含水率越高，土壤對(duì)水分的吸附能力越弱，番茄根系的吸水能力越強(qiáng)[29]。本次試驗(yàn)中CK 處理全生育期耗水量與S4 處理相似，顯著小于S5 處理，說明灌水器設(shè)計(jì)流量過大，使得番茄在各生育期都能進(jìn)行充分耗水，反而會(huì)造成灌溉水的浪費(fèi)，并且有研究表明，過量的灌溉會(huì)導(dǎo)致作物植株徒長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)落花落果現(xiàn)象[32]；而對(duì)于小流量的陶瓷灌水器，因無法維持較高且穩(wěn)定的土壤含水率，會(huì)抑制番茄的耗水，導(dǎo)致在耗水量最大的果實(shí)膨大期使番茄受到較為嚴(yán)重的水分脅迫，因此，選擇過大或過小的灌水器設(shè)計(jì)流量進(jìn)行灌溉均會(huì)對(duì)番茄的生長(zhǎng)造成不利影響。

土壤含水率與番茄產(chǎn)量關(guān)系密切，土壤水分的變化會(huì)影響番茄葉片光合作用等生理活動(dòng)，而光合作用是番茄植株體內(nèi)干物質(zhì)直接或間接的來源，最終表現(xiàn)在番茄的產(chǎn)量上[32]。隨陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加，除苗期以外，各生育階段內(nèi)Tr和Pn呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這是由于隨著陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量減小，會(huì)導(dǎo)致土壤含水率降低，進(jìn)而使番茄植株體內(nèi)含水量因土壤水分脅迫而減少，番茄為減少水分散失而將葉片氣孔關(guān)閉，Tr和Pn也隨之降低；而較大的設(shè)計(jì)流量會(huì)導(dǎo)致土壤含水率過高、土壤通氣性較差，進(jìn)而抑制了番茄根系生理活動(dòng)，最終影響到番茄的光合作用[34,35]。在本次試驗(yàn)中，在耗水量相同的情況下，微孔陶瓷根灌能夠使番茄葉片的光合特性較地下滴灌更加活躍，研究表明，提高灌水頻率能夠增加春小麥葉片光合速率，降低葉片活性氧化物含量，進(jìn)而促進(jìn)葉片光合效率[35]，微孔陶瓷根灌持續(xù)灌溉的特點(diǎn)可以看作高頻少量的灌水，使得土壤水分維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而促進(jìn)了番茄葉片光合作用。Nam等的研究表明[37]與干濕交替的土壤水分環(huán)境相比，穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境能夠提高作物產(chǎn)量和水分利用效率，但本次試驗(yàn)中，僅S3 和S4 處理的產(chǎn)量高于CK 處理，說明只有選擇適宜的灌水器設(shè)計(jì)流量才能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的效果。

4 結(jié) 論

（1）微孔陶瓷根灌下番茄根區(qū)所能維持土壤含水率隨著陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大，能夠維持在田間持水率（θfc）的57.0%～88.1%（春夏茬）和68.5%～89.4%（秋冬茬）之間，而相同土層的地下滴灌處理土壤含水率維持在在θfc的50.7%～100.0%（春夏茬）和67.6%～100.0%（秋冬茬）之間，微孔陶瓷根灌土壤含水率變化相對(duì)穩(wěn)定。

（2）番茄不同生育階段耗水量和耗水強(qiáng)度均隨著陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增加而增大，生育期耗水量在番茄果實(shí)膨大期達(dá)到最大，但選擇設(shè)計(jì)流量小的陶瓷灌水器會(huì)無法滿足番茄果實(shí)膨大期的耗水需求，對(duì)番茄的生長(zhǎng)和產(chǎn)量造成不利影響。

（3）微孔陶瓷根灌下溫室番茄各個(gè)葉片蒸騰速率（Tr）和凈光合速率（Pn）均隨灌水器設(shè)計(jì)流量的增加先增大后減小，S4 處理兩季番茄的Tr較CK 處理分別高2.5%～6.8%（春夏茬）和0.6%～9.5%（秋冬茬），Pn較CK 處理分別高1.1%～8.6%（春夏茬）和2.3%～8.4%（秋冬茬），表明耗水量相近的條件下，微孔陶瓷根灌番茄葉片生理活動(dòng)較地下滴灌要活躍，有利于番茄生長(zhǎng)發(fā)育。

（4）隨著陶瓷灌水器設(shè)計(jì)流量的增大，番茄產(chǎn)量和水分利用效率均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，其中以S4 處理（設(shè)計(jì)流量為0.26 L/h）表現(xiàn)最佳，在耗水量相同的情況下，較地下滴灌（CK）處理增產(chǎn)8.1%（春夏茬）和9.4%（秋冬茬）。因此，選擇設(shè)計(jì)流量為0.26 L/h 的陶瓷灌水器有利于番茄獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率。